Sensors and Actuators - Fachbereich Physik der Universität ...

Bänderschema einer Fotodiode ohne äußere Spannung, die
Lage des Fermi-Niveaus ist gestrichelt eingezeichnet. Quelle,
Elektronik für Ingenieure
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Der Photostrom Iph ist ein von der Beleuchtung
abhängiger Sperrstrom. D.h. die Kennlinie einer
(Photo)diode ist mit zunehmender
Beleuchtungsstärke nach unten verschoben.
Querschnitt durch eine Si-Photodiode (Werkbild Siemens) Absorption von Strahlung verschiedener
Wellenlänge in einer Fotodiode: λi-1 < λi
Die Abhängigkeit der Leerlaufspannung von der
Beleuchtungsstärke gehorcht im wesentlichen
einem logarithmischen Gesetz
Photodioden, die wichtigste Gruppe der Sperrschicht-Photodetektoren, stellen im
Gegensatz zum passiven Photowiderstand optisch gesteuerte Spannungsquellen dar: Die
von Lichtquanten erzeugten Elektronen-Loch-Paare werden durch die am p/n-Übergang
anstehende Diffusionsspannung getrennt. Die Eindringtiefe des Lichtes ist
wellenlängenabhängig.
Wird ein Photon mit ausreichender Energie in der (durch Ladungsrekombination an freien
Ladungsträgern verarmten) Raumladungszone (RLZ) absorbiert, dann wird ein freies
Elektron im Leitungsband erzeugt und ein freies Loch bleibt im Valenzband zurück. Infolge
des eingebauten elektrischen Feldes (Diffusionsspannng Ud) werden die beiden
Ladungsträger sofort getrennt, und zwar wird das Loch zur p-Seite, das Elektron zur n-Seite
befördert. Diese Ladungstrennung geht ohne äußere Spannung vonstatten, kann aber
durch Anlegen einer Spannung beeinflusst werden.
Wird die Diode mit offenen Enden betrieben bzw. mit einem sehr hochohmigen
Lastwiderstand, dann lädt sich die p-Seite positiv, die n-Seite negativ auf. Die
Diffusionsspannung wird abgebaut und an den Enden ist die Leerlaufspannung UL
abgreifbar. Die maximale Leerlaufspannung ist zwangsläufig immer kleiner als die